电流源电路

　　在集成电路的制作工艺中，在硅片上制作各种类型的晶体管比制作电阻容易的多，所占用的硅片面积也小的多，所以集成电路中的三极管除了作放大管外，大量的被用作恒流源或有源负载，为放大管提供合适的静态工作点及提高放大器的放大倍数。下面先来介绍集成电路中的恒流源和有源负载电路。 基本电流源电路 1．镜像电流源电路 如图7-2-1所示的电路就是典型的镜像电流源电路。 　　 　　该电路的工作原理是：在电路完全对称的情况下，电阻R上的电流I_R可作为电路的基准电流，根据节点电位法可得该电流的表达式为： 在β»2的条件下，移项整理可得    （7-2-1） 　　由上式可见，当Vcc和R的数值确定之后，三极管T₀的集电极电流有确定的值I_R。因电路的对称性，三极管T₁集电极的电流与三极管T₀集电极电流成镜像关系，也随着有确定的值I_C。 　　镜像电流源电路结构简单，应用广阔，但存在着I_C大时，电阻R上的功耗也大的缺点。改进的方法是在两三极管的发射极上增加电阻R_e，使镜像电流的关系变成比例的关系，组成比例电流源电路。 2．比例电流源电路 比例电流源电路如图7-2-2所示。 该电路的工作原理是：由电路的结构可知    （7-2-2） 根据三极管的电流方程 可得 根据T₀和T₁的对称性可得 将上式代入式7-2-2中可得： 当β»2时，有I_C0≈I_E0≈I_R，I_C1≈I_E1，将这些关系代入上式可得 在一定的范围内，I_R≈I_C1，上式中的对数项可忽略，则      （7-2-3） 与7-2-1式相比可得，在相同I_C1的情况下，可以用较大的R，以减少I_R的值，降低R的功耗。同时R_e0和R_e1是两个三极管的发射极电阻，引入电流负反馈，使两三极管的输出电流更加稳定。   [p] 3．多路电流源电路 　　集成运放是一个多级放大电路，因各级放大器的静态工作点不同，所以需要多个电流源电路，在集成电路的制造工艺中，可将多个比例电流源电路组合在一起，组成多路电流源电路，如图7-2-3所示。 该电路的工作原理是：在基准电流I_R确定的情况下，根据式7-2-3可得，选择不同的R_e1、R_e2和R_e3就可获得不同的偏置电流I_C1、I_C2和I_C3。 　 多路电流源电路也可以用MOS管来组成，由MOS管组成的多路电流源电路如图7-2-4所示。   　 4．以电流源为有源负载的放大器 　　由前面的知识已知，共发射极或共源极放大电路的开路电压放大倍数 或 。由电压放大倍数的表达式可见，放大器的电压放大倍数与R_C或R_d成正比。要提高放大器的电压放大倍数，在β和g_m保持不变的情况下，必须加大Rc或R_d的阻值。 　　Rc或R_d变大了，要保持三极管的静态工作点不变，电路的直流供电压也必须提高，这将引起集成电路功耗的增加。为了解决这一问题，在集成电路中，采用电流源为有源负载取代Rc或R_d。 　　利用电流源做有源负载，可实现在电源电压不变的情况下，使放大器既可获得合适的静态工作点电流。对交流信号而言，又可得到很大的等效电阻r_ce或r_ds来替代Rc或R_d。利用电流源为有源负载的差动放大电路如图7-2-5所示。

　　图中的三极管T₁和T₂组成差动放大器；三极管T₃、T₄和T₅组成电流源电路为差动放大器提供合适的静态工作点电流；T₆和T₇组成差动放大器的有源负载，该电路既可使差动放大器有合适的静态工作点电流，对交流信号，又有很大的等效电阻r_ce，以替代原电路中的R_C，获得很大的电压放大倍数。

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